"지구에 떨어진 거대 우주 물체"…희귀한 검은 다이아몬드의 비밀

100~200㎞ 크기의 초대형 우주 물체와 충돌 후 생성

브라질과 중앙아프리카에서 발견되는 희귀한 검은색 다이아몬드의 기원을 둘러싼 오랜 수수께끼를 풀 새로운 연구 결과가 나왔다.

과학 매체 사이언스얼랏은 헝가리 HUN-REN 천문학•지구과학 연구센터 산하 지질•지구과학 연구소 연구진이 ‘카르보나도’라고도 불리는 검은 다이아몬드를 분석한 연구 결과를 최근 보도했다.

검은 색 다이아몬드 카르보나도 (제공=James St. John/Wikimedia Commons, CC BY 2.0)

국제 학술지 곤드와나 리서치(Gondwana Research)에 게재된 논문에 따르면, 카르보나도는 원시 지구에 가해진 대규모 우주 충돌 사건으로 인해 형성되기 시작했을 가능성이 있다.

일반 다이아몬드와 다른 ‘유리 같은 표면과 다공성 구조’

보석으로 쓰이는 투명한 단결정 다이아몬드와 달리, 카르보나도는 수많은 미세 다이아몬드 결정이 뭉쳐진 구조로 돼 있다. 내부에 미세한 구멍이 뚫려 있고 여러 광물이 조작조각 섞여 있다. 특히 표면이 유리처럼 매끄럽게 빛나기 때문에 과거 일부에서는 검은 다이아몬드가 운석 충돌로 직접 생성되었거나 외계에서 유입된 운석 잔해일 것이라 추정해 왔다.

하지만 아틸라 데메니박사 연구진이 브라질 톰바도르 지층에서 채취한 카르보나도를 X선과 전자현미경 등으로 분석한 결과, 기존의 '직접 충돌 생성설'과는 다른 결론에 도달했다.

해당 연구에서 조사된 카르보나도 다이아몬드 샘플 (제공=Demény et al., Gondwana Research, 2026; CC BY 4.0)

연구진은 표면의 유리 같은 광택이 충돌 당시 발생한 열과 압력 때문이 아니라, 형성 이후 나중에 침식·용해 과정을 거치며 생긴 결과임을 밝혀냈다. 다이아몬드 표면을 덮고 있던 이산화티타늄으로 이뤄진 아나타제라는 광물이 얇게 코팅되어 있고 그 아래 다이아몬드 결정이 용해 액체에 의해 함께 매끄러워진 흔적이 확인되었기 때문이다.

"유리질 표면의 형성은 이러한 광물 침전 이후에 일어났어야 한다"고 데메니는 밝혔다.

“우주 충돌이 초고속 섭입 유발해 유기물, 맨틀로 이동"

연구진은 카르보나도를 구성하는 탄소 동위원소 비중을 분석한 결과, 상당수가 고대 유기물에서 유래한 탄소의 특성을 띠고 있음을 확인했다. 지표면에 있던 유기 탄소가 다이아몬드가 만들어질 수 있는 지구의 깊은 맨틀까지 내려가려면 지각이 내부로 들어가는 '섭입(Subduction)' 과정을 거쳐야 한다.

고대 충돌로 인해 지구 깊숙한 곳에서 형성된 카르보나도가 이후 지표면으로 돌아와 유체와 상호작용하는 과정을 묘사한 그림 (제공=Demény et al., Gondwana Research, 2026; CC BY 4.0)

문제는 일반적인 섭입 속도로는 엄청난 압력에 의해 다이아몬드 내부의 구멍들이 모두 눌려 없어졌어야 한다는 점이다. 연구진은 이를 설명하기 위해 ‘우주 충돌에 의한 초고속 섭입 모델’을 제시했다.

제일 먼저 고대 지구에 충격을 줄 만한 100~200㎞ 크기의 초대형 우주 물체와 충돌한 뒤, 충격 여파로 지표면의 유기물 풍부한 침적물이 급격하게 지구 내부 맨틀 깊은 곳으로 밀려 들어가는 초고속 섭입이 일어났다는 게 연구진의 설명이다.

이후, 맨틀의 고온·고압 환경에서 탄소가 미세 다이아몬드 결정 집합체로 변환되는데 빠른 속도로 내려갔기 때문에 특유의 다공성 구조가 유지된다. 마지막으로 상승하는 마그마를 타고 다시 지표면으로 올라온 뒤, 수용액에 의한 용해와 침식 과정을 거쳐 지금의 매끄러운 표면을 갖추게 된 것으로 추정했다.

다만 연구진은 카르보나도 형성에 직접적인 원인이 된 특정 충돌구를 아직 특정하지 못했다. 연구진은 지각 물질이 맨틀로 유입되었음을 완벽히 입증할 광물 결정을 추가로 찾아내야 하는 과제가 남아있다고 밝혔다.